Măsurători de iarnă. Dinamica temperaturilor subteran, în subcâmp și puț. Încălzire din centrul pământului

Kirill Degtyarev, Cercetător, Moscova Universitate de stat lor. M. V. Lomonosov.

La noi, bogată în hidrocarburi, energia geotermală este un fel de resursă exotică care, în starea actuală, este puțin probabil să concureze cu petrolul și gazele. Cu toate acestea, această formă alternativă de energie poate fi folosită aproape peste tot și destul de eficient.

Fotografie de Igor Konstantinov.

Modificarea temperaturii solului cu adâncimea.

Cresterea temperaturii apelor termale si rocilor uscate care le contin cu adancime.

Schimbarea temperaturii cu adâncimea înăuntru diferite regiuni.

Erupția vulcanului islandez Eyjafjallajökull este o ilustrare a proceselor vulcanice violente care au loc în zonele tectonice și vulcanice active cu un flux puternic de căldură din interiorul pământului.

Capacități instalate ale centralelor geotermale pe țări ale lumii, MW.

Distribuția resurselor geotermale pe teritoriul Rusiei. Rezervele de energie geotermală, conform experților, sunt de câteva ori mai mari decât rezervele de energie ale combustibililor organici fosili. Potrivit Asociației Societății de Energie Geotermală.

Energia geotermală este căldura din interiorul pământului. Este produsă în adâncuri și iese la suprafața Pământului în forme diferiteși cu intensități diferite.

Temperatura straturilor superioare ale solului depinde în principal de factori externi (exogeni) - lumina soarelui și temperatura aerului. Vara și ziua, solul se încălzește la anumite adâncimi, iar iarna și noaptea se răcește în urma schimbării temperaturii aerului și cu o oarecare întârziere, crescând odată cu adâncimea. Influența fluctuațiilor zilnice ale temperaturii aerului se termină la adâncimi de la câțiva până la câteva zeci de centimetri. Fluctuațiile sezoniere captează straturi mai adânci de sol - până la zeci de metri.

La o anumită adâncime - de la zeci la sute de metri - temperatura solului este menținută constantă, egală cu temperatura medie anuală a aerului de lângă suprafața Pământului. Acest lucru este ușor de verificat coborând într-o peșteră destul de adâncă.

Când temperatura medie anuală a aerului într-o anumită zonă este sub zero, aceasta se manifestă ca permafrost (mai precis, permafrost). În Siberia de Est, grosimea, adică grosimea, a solurilor înghețate pe tot parcursul anului ajunge pe alocuri la 200-300 m.

De la o anumită adâncime (proprie pentru fiecare punct de pe hartă), efectul Soarelui și al atmosferei slăbește atât de mult încât factorii endogeni (interni) vin pe primul loc și interiorul pământului este încălzit din interior, astfel încât temperatura începe să scadă. se ridică cu adâncimea.

Încălzirea straturilor profunde ale Pământului este asociată în principal cu dezintegrarea elementelor radioactive situate acolo, deși alte surse de căldură mai sunt numite, de exemplu, procese fizico-chimice, tectonice în straturile profunde. Scoarta terestrași halate. Dar oricare ar fi motivul, temperatura stânci iar substanțele lichide și gazoase aferente crește odată cu adâncimea. Minerii se confruntă cu acest fenomen - este întotdeauna cald în minele adânci. La o adâncime de 1 km, căldura de treizeci de grade este normală, iar mai adânc temperatura este și mai mare.

Fluxul de căldură din interiorul pământului, care ajunge la suprafața Pământului, este mic - în medie, puterea sa este de 0,03-0,05 W / m 2,
sau aproximativ 350 Wh/m 2 pe an. Pe fondul fluxului de căldură de la Soare și al aerului încălzit de acesta, aceasta este o valoare imperceptibilă: Soarele oferă fiecărui metru pătrat de suprafață terestră aproximativ 4000 kWh anual, adică de 10.000 de ori mai mult (desigur, acesta este în medie, cu o răspândire uriașă între latitudinile polare și ecuatoriale și în funcție de alți factori climatici și meteorologici).

Nesemnificația fluxului de căldură de la adâncime la suprafață în cea mai mare parte a planetei este asociată cu conductivitatea termică scăzută a rocilor și a caracteristicilor. structura geologică. Dar există și excepții - locuri în care fluxul de căldură este mare. Acestea sunt, în primul rând, domenii falii tectonice, a crescut activitate seismicăși vulcanismul, unde energia din interiorul pământului găsește o cale de ieșire. Astfel de zone sunt caracterizate de anomalii termice ale litosferei, aici fluxul de căldură care ajunge la suprafața Pământului poate fi de multe ori și chiar ordine de mărime mai puternic decât cel „obișnuit”. O cantitate mare căldura este adusă la suprafață în aceste zone prin erupții vulcanice și izvoare de apă caldă.

Aceste zone sunt cele mai favorabile pentru dezvoltarea energiei geotermale. Pe teritoriul Rusiei, aceasta este, în primul rând, Kamchatka, Insulele Kurileși Caucazul.

În același timp, dezvoltarea energiei geotermale este posibilă aproape peste tot, deoarece creșterea temperaturii cu adâncimea este un fenomen omniprezent, iar sarcina este de a „extrage” căldura din intestine, la fel cum de acolo se extrag materiile prime minerale.

În medie, temperatura crește cu adâncimea cu 2,5-3 o C la fiecare 100 m. Raportul dintre diferența de temperatură dintre două puncte situate la adâncimi diferite și diferența de adâncime dintre ele se numește gradient geotermal.

Reciproca este treapta geotermală sau intervalul de adâncime la care temperatura crește cu 1 o C.

Cu cât gradientul este mai mare și, în consecință, cu cât treapta este mai mică, cu atât căldura adâncimii Pământului se apropie de suprafață și cu atât această zonă este mai promițătoare pentru dezvoltarea energiei geotermale.

În diferite zone, în funcție de structura geologică și de alte condiții regionale și locale, rata de creștere a temperaturii cu adâncimea poate varia dramatic. La scara Pământului, fluctuațiile valorilor gradienților și treptelor geotermale ajung la 25 de ori. De exemplu, în statul Oregon (SUA), gradientul este de 150 ° C la 1 km, iar în Africa de Sud- 6 o C la 1 km.

Întrebarea este care este temperatura adâncimi mari- 5, 10 km și mai mult? Dacă tendința continuă, temperatura la o adâncime de 10 km ar trebui să fie în medie de aproximativ 250-300 ° C. Acest lucru este mai mult sau mai puțin confirmat de observațiile directe în puțuri ultra adânci, deși imaginea este mult mai complicată decât o creștere liniară a temperaturii .

De exemplu, în Kola fântână ultra-profundă, forat în scutul cristalin baltic, temperatura la o adâncime de 3 km se schimbă cu o rată de 10 ° C / 1 km, iar apoi gradientul geotermal devine de 2-2,5 ori mai mare. La o adâncime de 7 km s-a înregistrat deja o temperatură de 120 o C, la 10 km - 180 o C, iar la 12 km - 220 o C.

Un alt exemplu este o fântână așezată în nordul Caspicului, unde la o adâncime de 500 m s-a înregistrat o temperatură de 42 o C, la 1,5 km - 70 o C, la 2 km - 80 o C, la 3 km - 108 o C.

Se presupune că gradientul geotermal scade începând de la o adâncime de 20-30 km: la o adâncime de 100 km, temperaturile estimate sunt de aproximativ 1300-1500 o C, la o adâncime de 400 km - 1600 o C, în adâncimea Pământului. miez (adâncimi de peste 6000 km) - 4000-5000 o DIN.

La adâncimi de până la 10-12 km, temperatura se măsoară prin puțuri forate; acolo unde nu există, se determină prin semne indirecte la fel ca la adâncimi mai mari. Astfel de semne indirecte pot fi natura trecerii undelor seismice sau temperatura lavei care erupe.

Cu toate acestea, în scopul energiei geotermale, datele privind temperaturile la adâncimi mai mari de 10 km nu sunt încă de interes practic.

Există multă căldură la adâncimi de câțiva kilometri, dar cum să o ridicați? Uneori, natura însăși ne rezolvă această problemă cu ajutorul unui lichid de răcire natural - ape termale încălzite care ies la suprafață sau zac la o adâncime accesibilă nouă. În unele cazuri, apa din adâncuri este încălzită până la starea de abur.

O definiție strictă a conceptului " ape termale" Nu. De regulă, ele înseamnă apă subterană fierbinte stare lichida sau sub formă de abur, inclusiv cele care ies pe suprafața Pământului cu o temperatură de peste 20 ° C, adică, de regulă, mai mare decât temperatura aerului.

Cald panza freatica, abur, amestecuri abur-apă - aceasta este energie hidrotermală. În consecință, energia bazată pe utilizarea sa se numește hidrotermală.

Situația este mai complicată cu producerea de căldură direct din roci uscate - energie petrotermală, mai ales că temperaturile suficient de ridicate, de regulă, încep de la adâncimi de câțiva kilometri.

Pe teritoriul Rusiei, potențialul energiei petrotermale este de o sută de ori mai mare decât cel al energiei hidrotermale - 3.500 și, respectiv, 35 de trilioane de tone. combustibil de referință. Acest lucru este destul de natural - căldura adâncurilor Pământului este peste tot, iar apele termale se găsesc local. Cu toate acestea, din cauza dificultăților tehnice evidente, în prezent se utilizează căldură și electricitate în majoritatea cazurilor ape termale.

Apele cu temperaturi de la 20-30 la 100 o C sunt potrivite pentru încălzire, temperaturi de la 150 o C și peste - și pentru generarea de energie electrică la centralele geotermale.

În general, resursele geotermale de pe teritoriul Rusiei, în ceea ce privește tonele de combustibil de referință sau orice altă unitate de măsură a energiei, sunt de aproximativ 10 ori mai mari decât rezervele de combustibili fosili.

Teoretic, numai datorită energiei geotermale, s-ar putea satisface pe deplin nevoile energeticeţări. Practic pe acest momentîn cea mai mare parte a teritoriului său, acest lucru nu este fezabil din motive tehnice și economice.

În lume, utilizarea energiei geotermale este asociată cel mai adesea cu Islanda, o țară situată la capătul nordic al creastului Mid-Atlantic, într-o zonă tectonică și excepțional de activă. zona vulcanica. Probabil că toată lumea își amintește de erupția puternică a vulcanului Eyjafjallajökull din 2010.

Datorită acestui specific geologic, Islanda are rezerve uriașe de energie geotermală, inclusiv izvoare termale care ies la suprafața Pământului și chiar țâșnesc sub formă de gheizere.

În Islanda, mai mult de 60% din toată energia consumată este preluată în prezent de pe Pământ. Inclusiv din cauza surse geotermale asigură 90% din încălzire și 30% din generarea de energie electrică. Adăugăm că restul energiei electrice din țară este produsă de centrale hidroelectrice, adică folosind și o sursă de energie regenerabilă, datorită căreia Islanda arată ca un fel de standard de mediu global.

„Îmblânzirea” energiei geotermale în secolul al XX-lea a ajutat în mod semnificativ Islanda din punct de vedere economic. Până la jumătatea secolului trecut, a fost o țară foarte săracă, acum ocupând primul loc în lume în ceea ce privește capacitatea instalată și producția de energie geotermală pe cap de locuitor și se află în top zece în ceea ce privește valoare absolută capacitatea instalată a centralelor geotermale. Cu toate acestea, populația sa este de doar 300 de mii de oameni, ceea ce simplifică sarcina de a trece la ecologic surse curate energie: nevoia de ea este în general mică.

Pe lângă Islanda, o pondere mare a energiei geotermale în soldul total al producției de electricitate este asigurată de Noua Zeelandă și state insulare Asia de Sud-Est(Filipine și Indonezia), țările din America Centrală și Africa de Est, al căror teritoriu se caracterizează și prin activitate seismică și vulcanică ridicată. Pentru aceste țări, la nivelul lor actual de dezvoltare și nevoi energie geotermală aduce o contribuție semnificativă la dezvoltarea socio-economică.

(Urmează sfârșitul.)

Aici este publicată dinamica modificărilor temperaturii solului de iarnă (2012-2013) la o adâncime de 130 de centimetri sub casă (sub marginea interioară a fundației), precum și la nivelul solului și temperatura apei provenite din bine. Toate acestea - pe coloana care vine din fântână.
Graficul este în partea de jos a articolului.
Dacha (la granița Noii Moscove și regiunea Kaluga) iarnă, vizite periodice (de 2-4 ori pe lună timp de câteva zile).
Zona oarbă și subsolul casei nu sunt izolate, din toamnă sunt închise cu dopuri termoizolante (10 cm spumă). Pierderea de căldură a verandei în care se îndreaptă ridicătorul în ianuarie s-a schimbat. Vezi nota 10.
Măsurătorile la adâncimea de 130 cm se fac prin sistemul Xital GSM (), discret - 0,5 * C, add. eroarea este de aproximativ 0,3 * C.
Senzorul este instalat într-o țeavă HDPE de 20mm sudată de jos lângă coloană, (pe exteriorul izolației termice , dar în interiorul țevii de 110mm).
Abscisa arată datele, ordonata arată temperaturile.
Nota 1:
Voi monitoriza si temperatura apei din fantana, precum si la nivelul solului de sub casa, chiar pe riser fara apa, dar numai la sosire. Eroarea este de aproximativ + -0,6 * C.
Nota 2:
Temperatura la nivelul solului sub casă, la nivelul de alimentare cu apă, în lipsa oamenilor și a apei, deja a scăzut la minus 5 * C. Acest lucru sugerează că nu am făcut sistemul în zadar - Apropo, termostatul care a indicat -5 * C este doar din acest sistem (RT-12-16).
Nota 3:
Temperatura apei „în puț” este măsurată de același senzor (este și în Nota 2) ca „la nivelul solului” - se află chiar pe coloană sub izolația termică, aproape de coloana de la nivelul solului. Aceste două măsurători se fac la momente diferite. „La nivelul solului” - înainte de a pompa apă în colț și „în puț” - după ce a pompat aproximativ 50 de litri timp de o jumătate de oră cu întreruperi.
Nota 4:
Temperatura apei din fântână poate fi oarecum subestimată, deoarece. Nu pot să caut asimptota asta nenorocită, pompând la nesfârșit apă (a mea)... mă joc cât pot de bine.
Nota 5: Nu este relevant, eliminat.
Nota 6:
Eroarea de fixare a temperaturii străzii este de aproximativ + - (3-7) * С.
Nota 7:
Viteza de răcire a apei la nivelul solului (fără a porni pompa) este de aproximativ 1-2 * C pe oră (acesta este la minus 5 * C la nivelul solului).
Nota 8:
Am uitat să descriu cum este aranjat și izolat coloana mea subterană. Pe PND-32 se pun doi ciorapi de izolație în total - 2 cm. grosime (aparent, polietilenă spumă), toate acestea se introduc într-o țeavă de canalizare de 110 mm și se spumează acolo la o adâncime de 130 cm. Adevărat, deoarece PND-32 nu a intrat în centrul țevii a 110-a și, de asemenea, faptul că în mijlocul ei masa de spumă obișnuită s-ar putea să nu se întărească pentru o lungă perioadă de timp, ceea ce înseamnă că nu se transformă într-un încălzitor, am puternic îndoiește-te de calitatea unei astfel de izolații suplimentare .. Probabil că ar fi mai bine să folosești o spumă cu două componente, a cărei existență am aflat-o abia mai târziu ...
Nota 9:
Doresc să atrag atenția cititorilor asupra măsurării temperaturii „La nivelul solului” din data de 12.01.2013. și din 18 ianuarie 2013. Aici, după părerea mea, valoarea de +0,3 * C este mult mai mare decât era de așteptat. Cred că aceasta este o consecință a operațiunii „Umplerea cu zăpadă a subsolului la ridică”, desfășurată la 31.12.2012.
Nota 10:
Din 12 ianuarie până pe 3 februarie, el a realizat izolarea suplimentară a verandei, unde merge coloana subterană.
Ca urmare, conform estimărilor aproximative, pierderea de căldură a verandei a fost redusă de la 100 W / mp. etaj la aproximativ 50 (aceasta este la minus 20 * C pe strada).
Acest lucru se reflectă și în grafice. Vezi temperatura la nivelul solului pe 9 februarie: +1,4*C și pe 16 februarie: +1,1 - nu au mai fost temperaturi atât de ridicate de la începutul iernii adevărate.
Și încă ceva: din 4 până în 16 februarie, pentru prima dată în două ierni de duminică până vineri, centrala nu a pornit pentru a menține temperatura minimă setată pentru că nu a atins acest minim...
Nota 11:
Așa cum am promis (pentru „comandă” și pentru finalizarea ciclului anual), voi publica periodic temperaturile vara. Dar – nu în program, ca să nu „ascundă” iarna, ci aici, în Nota-11.
11 mai 2013
Dupa 3 saptamani de ventilatie, orificiile de ventilatie au fost inchise pana in toamna pentru a evita condensul.
13 mai 2013(pe stradă o săptămână + 25-30 * C):
- sub casa la parter + 10,5 * C,
- sub casa la o adancime de 130cm. +6*С,

12 iunie 2013:
- sub casa la parter + 14,5*C,
- sub casa la o adancime de 130cm. +10*С.
- apă în fântână de la o adâncime de 25 m nu mai mare de + 8 * C.
26 iunie 2013:
- sub casa la parter + 16 * C,
- sub casa la o adancime de 130cm. +11*С.
- apa din fantana de la o adancime de 25m nu este mai mare de +9,3*C.
19 august 2013:
- sub casa la parter + 15,5*C,
- sub casa la o adancime de 130 cm. +13,5*С.
- apa in fantana de la o adancime de 25m nu mai mare de +9,0*C.
28 septembrie 2013:
- sub casa la parter + 10,3 * C,
- sub casa la o adancime de 130 cm. +12*С.
- apa in fantana de la o adancime de 25m = + 8,0 * C.
26 octombrie 2013:
- sub casa la parter + 8,5*C,
- sub casa la o adancime de 130 cm. +9,5*С.
- apă în fântână de la o adâncime de 25 m nu mai mare de + 7,5 * C.
16 noiembrie 2013:
- sub casa la parter + 7,5*C,
- sub casa la o adancime de 130 cm. +9,0*С.
- apa in fantana de la o adancime de 25m + 7,5*C.
20 februarie 2014:
Probabil asta ultima înregistrareîn acest articol.
Toată iarna trăim în casă tot timpul, punctul de a repeta măsurătorile de anul trecut este mic, deci doar două cifre semnificative:
- temperatura minimă de sub casă la nivelul solului chiar în înghețurile (-20 - -30 * C) la o săptămână după ce au început, a scăzut în mod repetat sub + 0,5 * C. În aceste momente, am muncit

Ei bine, cine nu vrea să-și încălzească casa gratis, mai ales în timpul unei crize, când fiecare bănuț contează.

Am atins deja subiectul cum, a venit rândul controversatului tehnologii pentru încălzirea unei case cu energia pământului (Încălzire geotermală).

La o adâncime de aproximativ 15 metri, temperatura pământului este de aproximativ 10 grade Celsius. La fiecare 33 de metri, temperatura crește cu un grad. Drept urmare, pentru a încălzi gratuit o casă de aproximativ 100 m2, este suficient să forați o sondă de aproximativ 600 de metri și să obțineți 22 de grade de căldură pe tot parcursul vieții!

Teoretic, sistemul de încălzire liberă din energia pământului este destul de simplu. Injectat în puț apă rece, care se încălzește până la 22 de grade și, conform legilor fizicii, cu puțin ajutor de la o pompă (400-600 wați), urcă prin țevi izolate în casă.

Dezavantajele utilizării energiei terenului pentru încălzirea unei case private:

- Să aruncăm o privire mai atentă asupra costurilor financiare ale creării unui astfel de sistem de încălzire. cost mediu 1 m de forare a unui puț înseamnă aproximativ 3000 de ruble. O adâncime totală de 600 de metri va costa 1.800.000 de ruble. Și asta este doar foraj! Fără instalarea de echipamente pentru pomparea și ridicarea lichidului de răcire.

- Diferitele regiuni ale Rusiei au propriile lor caracteristici ale solului. În unele locuri, forarea unui puț de 50 de metri nu este o sarcină ușoară. Sunt necesare țevi de carcasă armate, armare a arborelui etc.

— Izolarea puțului de mine la o asemenea adâncime este aproape imposibilă. Rezultă că apa nu se va ridica la o temperatură de 22 de grade.

– Pentru forarea unui puț de 600 de metri este nevoie de autorizație;

- Sa zicem ca apa incalzita la 22 de grade intra in casa. Întrebarea este cum să „eliminăm” complet toată energia pământului din purtător? Maxim, la trecerea prin conducte într-o casă caldă, scade la 15 grade. Astfel, este nevoie de o pompă puternică, care să conducă apa de la o adâncime de 600 de metri de zece ori mai mult pentru a obține măcar un anumit efect. Aici punem consumul de energie incomparabil cu economiile.

La o adâncime de aproximativ 15 metri, temperatura pământului este de aproximativ 10 grade Celsius

O concluzie logică urmează că încălzirea unei case cu energia pământului este departe de a fi gratuită, doar o persoană care este departe de a fi săracă, care nu are nevoie în mod special de economii la încălzire, își poate permite. Desigur, se poate spune că o astfel de tehnologie va servi atât copiilor, cât și nepoților timp de sute de ani, dar toate acestea sunt fantezie.

Un idealist va spune că construiește o casă de secole, iar un realist se va baza mereu pe componenta de investiție - o construiesc pentru mine, dar o voi vinde în orice moment. Nu este un fapt că copiii vor fi atașați de această casă și nu vor dori să o vândă.

Energia pământului pentru încălzirea locuinței este eficientă în următoarele regiuni:

În Caucaz, există exemple de funcționare a puțurilor de lucru cu apă minerală auto-pulpatura afara, cu o temperatura de 45 de grade, tinand cont de temperatura adanca de aproximativ 90 de grade.

În Kamchatka, utilizarea surselor geotermale cu o temperatură de ieșire de aproximativ 100 de grade este cea mai mare. cea mai buna varianta folosind energia pământului pentru a încălzi casa.

Tehnologia se dezvoltă într-un ritm frenetic. Eficiența sistemelor clasice de încălzire crește în fața ochilor noștri. Fără îndoială, încălzirea casei cu energia pământului va deveni mai puțin costisitoare.

Video: Încălzire geotermală. Energia Pământului.

Ar putea părea fantezie dacă nu ar fi adevărat. Se pare că, în condiții dure din Siberia, puteți obține căldură direct de la sol. Primele obiecte cu sisteme de încălzire geotermală au apărut anul trecut în regiunea Tomsk și, deși permit reducerea costului căldurii de aproximativ patru ori față de sursele tradiționale, încă nu există circulație în masă „sub pământ”. Dar tendința este vizibilă și, cel mai important, câștigă amploare. De fapt, este cel mai accesibil sursă alternativă energie pentru Siberia, unde nu își pot arăta întotdeauna eficiența, de exemplu, panouri solare sau generatoare eoliene. Energia geotermală, de fapt, se află doar sub picioarele noastre.

„Adâncimea înghețului solului este de 2–2,5 metri. Temperatura solului sub acest semn rămâne aceeași atât iarna, cât și vara, variind de la plus unu la plus cinci grade Celsius. Lucrarea pompei de căldură este construită pe această proprietate, spune inginerul energetic al departamentului de educație al administrației regiunii Tomsk. Roman Alekseenko. - Conductele de legătură sunt îngropate în conturul pământului la o adâncime de 2,5 metri, la o distanță de aproximativ un metru și jumătate una de cealaltă. Un lichid de răcire - etilenglicol - circulă în sistemul de conducte. Circuitul extern de pământ orizontal comunică cu unitatea frigorifică, în care circulă agentul frigorific - freon, un gaz cu punct de fierbere scăzut. La plus trei grade Celsius, acest gaz începe să fiarbă, iar când compresorul comprimă brusc gazul care fierbe, temperatura acestuia din urmă crește la plus 50 de grade Celsius. Gazul încălzit este trimis la un schimbător de căldură în care circulă apă distilată obișnuită. Lichidul se încălzește și împrăștie căldura prin sistemul de încălzire așezat în podea.

Fizică pură și fără miracole

O grădiniță dotată cu un sistem modern de încălzire geotermal danez a fost deschisă în satul Turuntaevo de lângă Tomsk vara trecută. Potrivit directorului companiei din Tomsk Ecoclimat George Granin, sistemul eficient energetic a permis de mai multe ori reducerea plății pentru furnizarea de căldură. De opt ani, această întreprindere din Tomsk a echipat deja aproximativ două sute de obiecte în diferite regiuni ale Rusiei cu sisteme de încălzire geotermală și continuă să facă acest lucru în regiunea Tomsk. Deci nu există nicio îndoială în cuvintele lui Granin. Cu un an înainte de deschiderea unei grădinițe în Turuntaevo, Ecoclimat a echipat un sistem de încălzire geotermal, care a costat 13 milioane de ruble, un alt Grădiniţă « iepurașul de soare" în microdistrictul Tomsk "Green Hills". De fapt, a fost prima experiență de acest gen. Și a avut destul succes.

În 2012, în timpul unei vizite în Danemarca, organizată în cadrul programului Centrului de corespondență Euro Info (regiunea EICC-Tomsk), compania a reușit să cadă de acord asupra cooperării cu compania daneză Danfoss. Și astăzi, echipamentul danez ajută la extragerea căldurii din intestinele Tomsk și, după cum spun experții fără prea multă modestie, se dovedește destul de eficient. Principalul indicator al eficienței este economia. „Sistemul de încălzire al clădirii grădiniței în suprafață de 250 metri patratiîn Turuntaevo a costat 1,9 milioane de ruble, - spune Granin. „Și taxa de încălzire este de 20-25 de mii de ruble pe an.” Această sumă este incomparabilă cu cea pe care grădinița ar plăti-o pentru căldură folosind surse tradiționale.

Sistemul a funcționat fără probleme în condițiile iernii siberiei. S-a efectuat un calcul al conformității echipamentelor termice cu standardele SanPiN, conform cărora acesta trebuie să mențină o temperatură de cel puțin + 19 ° C în clădirea grădiniței la o temperatură a aerului exterior de -40 ° C. În total, aproximativ patru milioane de ruble au fost cheltuite pentru reamenajarea, repararea și reechiparea clădirii. Împreună cu pompa de căldură, suma a fost puțin sub șase milioane. Datorită pompelor de căldură astăzi, încălzirea grădiniței este complet izolată și sistem independent. Acum nu există baterii tradiționale în clădire, iar spațiul este încălzit folosind sistemul „pardoseală caldă”.

Grădinița Turuntayevsky este izolată, după cum se spune, „de la” și „până la” - în clădire este prevăzută izolație termică suplimentară: un strat de izolație de 10 cm echivalent cu două sau trei cărămizi este instalat deasupra peretelui existent (trei cărămizi gros). În spatele izolației este un spațiu de aer, urmat de siding metalic. Acoperișul este izolat în același mod. Atenția principală a constructorilor s-a concentrat pe „pardoseala caldă” - sistemul de încălzire al clădirii. Au rezultat mai multe straturi: o podea de beton, un strat de spumă de plastic de 50 mm grosime, un sistem de țevi în care circulă apă caldă și linoleum. Deși temperatura apei din schimbătorul de căldură poate ajunge la +50°C, încălzirea maximă a pardoselii efective nu depășește +30°C. Temperatura reală a fiecărei încăperi poate fi reglată manual - senzorii automati vă permit să setați temperatura podelei în așa fel încât camera de grădiniță să se încălzească la gradele cerute de standardele sanitare.

Puterea pompei din grădina Turuntayevsky este de 40 kW de energie termică generată, pentru producerea căreia pompa de căldură necesită 10 kW de energie electrică. Astfel, din 1 kW consumat energie electrica Pompa de căldură produce 4 kW de căldură. „Ne-a fost puțin frică de iarnă - nu știam cum se vor comporta pompele de căldură. Dar chiar și în foarte rece a fost constant cald la grădiniță - de la plus 18 la 23 de grade Celsius, - spune directorul Turuntaevskaya liceu Evgheni Belonogov. - Desigur, aici merită să luați în considerare faptul că clădirea în sine a fost bine izolată. Echipamentul este nepretențios la întreținere și, în ciuda faptului că aceasta este o dezvoltare occidentală, s-a dovedit a fi destul de eficient în condițiile noastre dure din Siberia.”

Un proiect cuprinzător pentru schimbul de experiență în domeniul conservării resurselor a fost implementat de regiunea EICC-Tomsk a Camerei de Comerț și Industrie din Tomsk. Participanții săi au fost întreprinderi mici și mijlocii care dezvoltă și implementează tehnologii care economisesc resursele. În mai anul trecut, experții danezi au vizitat Tomsk ca parte a unui proiect ruso-danez, iar rezultatul a fost, după cum se spune, evident.

Inovația vine la școală

O școală nouă în satul Vershinino, regiunea Tomsk, construită de un fermier Mihail Kolpakov, este a treia instalație din regiune care folosește căldura pământului ca sursă de căldură pentru încălzire și alimentare cu apă caldă. Școala este și unică pentru că are cea mai mare categorie de eficiență energetică – „A”. Sistemul de incalzire a fost proiectat si lansat de aceeasi firma Ecoclimat.

„Când decidem ce tip de încălzire să instalăm în școală, aveam mai multe opțiuni - o boiler pe cărbune și pompe de căldură”, spune Mikhail Kolpakov. - Am studiat experiența unei grădinițe eficiente din punct de vedere energetic din Zeleny Gorki și am calculat că încălzirea de modă veche, pe cărbune, ne va costa peste 1,2 milioane de ruble pe iarnă și avem nevoie și de apă caldă. Iar cu pompele de căldură, costul va fi de aproximativ 170 de mii pentru tot anul, împreună cu apa caldă.”

Sistemul are nevoie doar de energie electrică pentru a produce căldură. Consumând 1 kW de energie electrică, pompele de căldură dintr-o școală produc aproximativ 7 kW de energie termică. În plus, spre deosebire de cărbune și gaz, căldura pământului este o sursă de energie autoregenerabilă. Instalarea unui modern sistem de incalzireȘcoala a costat aproximativ 10 milioane de ruble. Pentru aceasta, pe terenul școlii au fost forate 28 de puțuri.

„Aritmetica aici este simplă. Am calculat că întreținerea cazanului pe cărbune, ținând cont de salariul focarului și de costul combustibilului, va costa mai mult de un milion de ruble pe an, - notează șeful departamentului de educație Serghei Efimov. - Când utilizați pompe de căldură, va trebui să plătiți pentru toate resursele aproximativ cincisprezece mii de ruble pe lună. Avantajele indubitabile ale folosirii pompelor de caldura sunt eficienta si respectarea mediului inconjurator. Sistemul de alimentare cu căldură vă permite să reglați alimentarea cu căldură în funcție de vremea de afară, ceea ce elimină așa-numita „subîncălzire” sau „supraîncălzire” a încăperii.

De calcule preliminare, echipamentul danez scump se va amortiza în patru până la cinci ani. Durata de viață a pompelor de căldură Danfoss, cu care lucrează Ecoclimat LLC, este de 50 de ani. Primind informații despre temperatura aerului de afară, computerul stabilește când să încălzească școala și când este posibil să nu facă acest lucru. Prin urmare, problema datei pornirii și opririi încălzirii dispare cu totul. Indiferent de vreme, climatizarea va funcționa întotdeauna în afara ferestrelor din interiorul școlii pentru copii.

„Când anul trecut o urgență și ambasador plenipotențiar al Regatului Danemarcei și a vizitat grădinița noastră din Zelenye Gorki, a fost plăcut surprins că acele tehnologii care sunt considerate inovatoare chiar și la Copenhaga sunt aplicate și funcționează în regiunea Tomsk, - spune Director comercial firma "Ecoclimat" Alexandru Granin.

În general, utilizarea surselor locale de energie regenerabilă în diverse industrii economie, în acest cazîn sfera socială, care include școli și grădinițe, este unul dintre principalele domenii implementate în regiune ca parte a programului de economisire a energiei și eficiență energetică. Dezvoltarea energiei regenerabile este susținută activ de guvernatorul regiunii Serghei Zhvachkin. Și trei instituţiile bugetare cu un sistem de încălzire geotermală - doar primii pași către implementarea unui proiect amplu și promițător.

Grădinița din Zelenye Gorki a fost recunoscută drept cea mai bună unitate de eficiență energetică din Rusia la un concurs de la Skolkovo. Apoi a apărut școala Vershininskaya cu încălzire geotermală. cea mai înaltă categorie eficienta energetica. Următorul obiect, nu mai puțin semnificativ pentru regiunea Tomsk, este o grădiniță din Turuntaevo. Anul acesta, companiile Gazhimstroyinvest și Stroygarant au început deja construcția de grădinițe pentru 80 și 60 de copii în satele din regiunea Tomsk, Kopylovo și, respectiv, Kandinka. Ambele noi instalații vor fi încălzite prin sisteme de încălzire geotermală - de la pompe de căldură. În total, anul acesta pentru construcția de noi grădinițe și repararea celor existente administrația raională intenționează să cheltuiască aproape 205 milioane de ruble. Este planificată reconstrucția și reechiparea clădirii pentru o grădiniță din satul Takhtamyshevo. În această clădire, încălzirea va fi implementată și prin intermediul pompelor de căldură, deoarece sistemul s-a dovedit bine.

temperatura din interiorul pământului. Determinarea temperaturii în învelișurile Pământului se bazează pe diverse date, adesea indirecte. Cele mai fiabile date de temperatură se referă la partea superioară a scoarței terestre, care este expusă de mine și foraje la o adâncime maximă de 12 km (fântâna Kola).

Se numește creșterea temperaturii în grade Celsius pe unitatea de adâncime gradient geotermal,și adâncimea în metri, timp în care temperatura crește cu 1 0 C - pas geotermal. Gradientul geotermal și, în consecință, treapta geotermală variază de la un loc la altul în funcție de conditii geologice, activitate endogenă în diferite zone, precum și conductivitate termică neomogenă a rocilor. În același timp, conform lui B. Gutenberg, limitele fluctuațiilor diferă de peste 25 de ori. Un exemplu în acest sens sunt două pante puternic diferite: 1) 150 o pe 1 km în Oregon (SUA), 2) 6 o pe 1 km înregistrat în Africa de Sud. Conform acestor gradienți geotermici, treapta geotermală se modifică și de la 6,67 m în primul caz la 167 m în al doilea. Cele mai frecvente fluctuații ale gradientului sunt în intervalul 20-50 o , iar treapta geotermală este de 15-45 m. Gradientul geotermal mediu a fost luat de mult timp la 30 o C la 1 km.

Potrivit lui VN Zharkov, gradientul geotermal de lângă suprafața Pământului este estimat la 20 o C la 1 km. Pe baza acestor două valori ale gradientului geotermal și invarianța acestuia adânc în Pământ, atunci la o adâncime de 100 km ar fi trebuit să existe o temperatură de 3000 sau 2000 o C. Cu toate acestea, aceasta este în contradicție cu datele reale. La aceste adâncimi apar periodic camerele de magmă, din care se toarnă lavă la suprafață, având temperatura maxima 1200-1250 o. Având în vedere acest tip de „termometru”, o serie de autori (V. A. Lyubimov, V. A. Magnitsky) consideră că la o adâncime de 100 km temperatura nu poate depăși 1300-1500 o C.

Cu mai mult temperaturi mari rocile de manta ar fi complet topite, ceea ce contrazice trecerea liberă a undelor seismice transversale. Astfel, gradientul geotermal mediu poate fi urmărit doar la o adâncime relativ mică de la suprafață (20-30 km), iar apoi ar trebui să scadă. Dar nici în acest caz, în același loc, modificarea temperaturii cu adâncimea nu este uniformă. Acest lucru poate fi văzut în exemplul schimbării temperaturii cu adâncimea Kola bine situat în cadrul scutului de cristal stabil al platformei. La așezarea acestui puț, era de așteptat un gradient geotermal de 10 o la 1 km și, prin urmare, la adâncimea de proiectare (15 km) era de așteptat o temperatură de ordinul a 150 o C. Cu toate acestea, un astfel de gradient a fost doar până la un adâncimea de 3 km, iar apoi a început să crească de 1,5 -2,0 ori. La o adâncime de 7 km temperatura era de 120 o C, la 10 km -180 o C, la 12 km -220 o C. Se presupune că la adâncimea de proiectare temperatura va fi apropiată de 280 o C. Regiunea Caspică, în zona regimului endogen mai activ. În ea, la o adâncime de 500 m, temperatura s-a dovedit a fi de 42,2 o C, la 1500 m - 69,9 o C, la 2000 m - 80,4 o C, la 3000 m - 108,3 o C.

Care este temperatura în zonele profunde ale mantalei și miezului Pământului? S-au obţinut date mai mult sau mai puţin sigure despre temperatura bazei stratului B din mantaua superioară (vezi Fig. 1.6). Potrivit lui V. N. Zharkov, „studiile detaliate ale diagramei de fază a Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 au făcut posibilă determinarea temperaturii de referință la o adâncime corespunzătoare primei zone. tranziții de fază(400 km) "(adică, tranziția olivinei la spinel). Temperatura aici, ca rezultat al acestor studii, este de aproximativ 1600 50 o C.

Problema distribuției temperaturilor în mantaua de sub stratul B și în miezul Pământului nu a fost încă rezolvată și, prin urmare, sunt exprimate diferite opinii. Se poate presupune doar că temperatura crește cu adâncimea cu o scădere semnificativă a gradientului geotermal și o creștere a treptei geotermale. Se presupune că temperatura în miezul Pământului este în intervalul 4000-5000 o C.

In medie compoziție chimică Pământ. Pentru a judeca compoziția chimică a Pământului, sunt implicate date despre meteoriți, care sunt cele mai probabile mostre de material protoplanetar din care s-au format planetele. grup terestruși asteroizi. Până în prezent, mulți au căzut pe Pământ în timpuri diferite si in locuri diferite meteoriți. După compoziție, se disting trei tipuri de meteoriți: 1) fier, constând în principal din nichel fier (90-91% Fe), cu un mic amestec de fosfor și cobalt; 2) fier-piatră(sideroliți), constând din minerale de fier și silicați; 3) piatră, sau aeroliți, constând în principal din silicaţi ferugino-magneziani şi incluziuni de fier nichel.

Cei mai des întâlniți sunt meteoriții de piatră - aproximativ 92,7% din toate descoperirile, fierul pietros 1,3% și fierul 5,6%. Meteoriții de piatră se împart în două grupe: a) condrite cu granule mici rotunjite - condrule (90%); b) acondrite care nu contin condrule. Compoziția meteoriților pietroși este apropiată de cea a rocilor magmatice ultramafice. Potrivit lui M. Bott, acestea conțin aproximativ 12% fază fier-nichel.

Pe baza analizei compoziției diverșilor meteoriți, precum și a datelor experimentale geochimice și geofizice obținute, un număr de cercetători oferă estimare modernă compoziția elementară brută a Pământului, prezentată în tabel. 1.3.

După cum se poate observa din datele din tabel, distribuția crescută se referă la cele mai importante patru elemente - O, Fe, Si, Mg, constituind peste 91%. Grupul de elemente mai puțin comune include Ni, S, Ca, A1. Alte elemente sistem periodic Mendeleev la scară globală în ceea ce privește distribuția generală au o importanță secundară. Dacă comparăm datele date cu compoziția scoarței terestre, putem observa clar o diferență semnificativă constând într-o scădere bruscă a O, Al, Si și o creștere semnificativă a Fe, Mg și apariția S și Ni în cantități vizibile. .

Forma pământului se numește geoid. Structura profundă a Pământului este judecată de undele seismice longitudinale și transversale, care, propagăndu-se în interiorul Pământului, experimentează refracția, reflexia și atenuarea, ceea ce indică stratificarea Pământului. Există trei domenii principale:

Scoarta terestra;

mantaua: sus până la o adâncime de 900 km, mai jos până la o adâncime de 2900 km;

nucleul Pământului este exterior la o adâncime de 5120 km, interior la o adâncime de 6371 km.

Căldura internă a Pământului este asociată cu dezintegrarea elementelor radioactive - uraniu, toriu, potasiu, rubidiu etc. Valoarea medie a fluxului de căldură este de 1,4-1,5 μkal / cm 2. s.

1. Care este forma și dimensiunea Pământului?

2. Care sunt metodele de studiu a structurii interne a Pământului?

3. Care este structura internă a Pământului?

4. Ce secțiuni seismice de ordinul întâi se disting clar atunci când se analizează structura Pământului?

5. Care sunt limitele secțiunilor Mohorovic și Gutenberg?

6. Ce densitate medie Pământul și cum se schimbă el la limita dintre manta și nucleu?

7. Cum se modifică fluxul de căldură în diferite zone? Cum se înțelege schimbarea gradientului geotermal și a treptei geotermale?

8. Ce date sunt folosite pentru a determina compoziția chimică medie a Pământului?

Literatură

• Voytkevich G.V. Fundamentele teoriei originii Pământului. M., 1988.

• Zharkov V.N. Structura interna Pământul și planetele. M., 1978.

• Magnitsky V.A. Structura internă și fizica Pământului. M., 1965.

• eseuri planetologie comparată. M., 1981.

• Ringwood A.E. Compoziția și originea Pământului. M., 1981.